高层剪力墙建筑结构的多目标优化曹娟

高层剪力墙建筑结构的多目标优化曹娟

曹娟

江苏省华建建设股份有限公司江苏省扬州市225000

摘要：随着我国社会经济的不断发展以及城市化水平的不断提高，城市人口越来越多，对住房的需求量也越来越大。由于城市土地资源有限，因此涌现出了很多的高层建筑，人们对高层建筑的质量要求也越来越高。在高层建筑结构设计中，剪力墙设计是其中最重要的环节，只有保证高层建筑剪力墙设计的优化，才能保证高层建筑结构的稳定性和可靠性。

关键词：高层建筑；剪力墙体；结构设计

引言

随着城市人口的越来越多，同时人们经济生活的提升，人们更加注重对其实际的生活品质的关注，城市居民对商品房的需求越来越大，而城市土地面积是有限的，导致各地房地产市场均向高空化方向发展，剪力墙结构体系具有优良的抗侧能力及良好的经济指标，同时空间布置上也能很好的满足居民居住功能要求，是优良的建筑结构形式，成为高层建筑中最主要的结构形式。

1剪力墙结构的基本概述

1.1剪力墙结构概念

剪力墙结构又被称为抗风墙、抗震墙或者结构墙，是一种剪力墙体，它实际厚度较小，但建设规模较大，主要采用钢筋混凝土板来代替传统框架中的梁柱，承载外界的各种压力，自身所具备的承受能力较高，与柱子的受力程度不相上下，并能够控制结构的水平力。剪力墙结构是建筑物主要的支撑结构，不能被拆除或无法被轻易破坏，承受的压力主要是外界风力或地震等自然灾害引起的水平荷载，抵抗来自外界的破坏，在一定程度上提升建筑的稳定性和安全性。根据墙体开洞的情况，通常将剪力墙分为双肢或多肢型剪力墙、壁式框架剪力墙等类型。

1.2剪力墙结构的优点

剪力墙结构有稳定性高、经济实惠、美观大方三大优势。稳定性高是指剪力墙结构拥有相对较大的刚度，承受力较高，能够抵挡住来自外界的各种荷载，尤其是水平荷载，支撑效果良好。它的存在极大地提高了建筑物的稳定性，这也是剪力墙结构最为重要的作用。经济实惠是指剪力墙结构采取混凝土浇筑的方式，减少了用钢量，在很大程度上节省了成本投入。这一优势对很多施工单位有较强的吸引力，这也是它能被广泛应用得原因之一。随着经济的发展，人们越来越注重生活品质，对建筑不仅要求安全可靠，还要求美观舒适。而剪力墙结构的出现则很好的满足了人们的这一需求。剪力墙结构将建筑物内部的分隔墙与承重墙完美的结合在一起，尤其是隔断墙的结构设计，在一定程度上增加了建筑物内部空间，不但增加了使用功能，而且美观舒适。

2设计高层建筑剪力墙体结构需要遵循的原则有哪些

2.1坚持整体性原则

在对高层建筑剪力墙体结构进行设计的时候，需要从整体的角度来对剪力墙体的具体位置、高度等情况进行考虑。一般情况下，对剪力墙纵向高度的设计应该使其高于或者等于建筑物的总体高度，如果剪力墙的纵向方向发生了变化，需要对剪力墙体的厚度以及混凝土的类型、等级等各方面进行调整，这样就可以合理的减少墙肢数量，提高整个墙体的抗侧强度，避免因为楼层刚度变化而导致应力集中问题的出现。

2.2保证墙体的拉通对直

在对高层建筑剪力墙体结构进行设计的过程中，需要保证建筑物上下各层的门、窗位置保持在同一垂直线上，从而对连接梁和墙肢之间的受力进行明确。在设计高层建筑的抗震结构时，需要避免出现叠合错洞剪力墙以及错洞剪力墙的现象的出现，如果出现这种情况就会导致剪力墙肢体不符合相关规范的要求，墙体上出现洞口的位置的抗震性会大大降低，如果发生地震，就会对整个建筑物的安全造成影响。

2.3对剪力墙的平面外弯矩进行控制

在对高层建筑的剪力墙体结构进行设计的时候，需要对剪力墙的平面外弯矩进行有效的控制，因为对剪力墙的平面外弯矩进行控制可以加大对建筑物的整体结构稳定性的保障。在对剪力墙的平面外弯矩进行控制的时候可以通过增加壁柱和垂直墙肢的方法来进行控制。同时对于那些截面积比较小的楼面梁，也可以采用铰接或者半刚接的方法来控制墙肢的平面外弯矩。

2.4不能全部使用短肢剪力墙结构

在高层建筑结构设计中需要合理的运用短肢剪力墙结构，由于这种结构不能很好的抵抗水平压力，因此在设计高层建筑墙体时不能全部采用这种短肢剪力墙结构。如果需要大量使用这种结构则需要增加一些筒体，提高剪力墙体的整体刚度。

3高层建筑剪力墙结构设计策略

3.1确定剪力墙墙肢的长度

剪力墙的截面高度就是剪力墙墙肢的长度，墙肢的长度直接关系到墙体结构的稳定以及外观是否协调。一般来说，剪力墙的墙肢长度在8m以内，在实际施工的过程中为了确保墙体结构的延展性，减少外力情况下对于墙体的损坏，可以将剪力墙的高度与宽度比例相差较大的地方进行弯曲设计。部分的建筑墙体在实际的施工过程当中由于墙体的长度跨度比较大，为了确保墙体高度与宽度比值在合理的范围之内，可以采用墙体连续开洞的方式，将墙体间隔长度较小、均匀的、连续的剪力墙肢墙。墙体跨度较大的墙，在进行连续开洞时需要结合弯矩约束较小的连梁，通过这种建筑设计的应用可以有效的保证墙体结构的稳定。

3.2规定剪力墙的具体厚度

国家在建筑设计中明确规定在进行剪力墙设计，剪力墙的界面尺寸必须符合建筑的抗震等级需求。剪力墙在进行抗震等级设计时，需要增强墙体底部的厚度，确保墙厚度满足最低200mm的标准，对于墙体的其他部位也要满足最低标准160mm的要求，而独立的剪力墙在工程实施的过程中底部厚度要满足最低标准180mm。

3.3平面布置

根据剪力墙设计的原则及要点，在对剪力墙的平面布置时，要符合均匀对称的要求，确保两大中心即刚度中心和质量中心能够重合，增强结构的稳定性。内在剪力墙和外在剪力墙要尽量拉直或者延伸，这样可以避免一些不平衡力的出现。除此之外，在进行抗震结构设计时，最好对剪力墙进行双向或者多向设置，以便于更大程度上发挥剪力墙的功能作用。同时，还要重视剪力墙结构抗侧力刚度的设计。结合实际，根据相关的计算公式精确地算出抗侧力刚度数值，避免抗侧力刚度过大导致墙体的自身重力上升以及产生过大的震力，不仅增加建设的成本投入，还影响建筑的稳定性和可靠性。

3.4连梁设计

剪力墙连接梁作为连接墙肢结构的重要构件，如果被过度加固、压缩变形，对整个施工项目的整体质量控制效果影响很大。在剪力墙结构设计过程中，应适当调整剪力墙连接梁的高度，并根据工程实际情况，科学地设计整体高度，以避免因尺寸增大而导致连接梁变形。布雷姆。严格控制剪力墙结构塑性标准，适当调整抗震设计。通过对载荷的科学分析，在可控范围内，结合不同的应力条件，进行相应的计算，从而选择更科学的实施对策。

3.5配筋设计

配筋设计需以剪力墙的厚度为依据，当墙体厚度大于0.7m时，应采用四排钢筋，并设置主筋。在应力下应均匀排列成一行。当墙体厚度小于14cm时，应采用双排钢筋；当墙体厚度为40~70cm时，应采用三排钢筋。在第一、二、三、四级抗震设计和非抗震设计中，剪力墙竖向配筋与水平配筋的配筋率应不小于0.20％，配筋直径应不小于8mm，间距应不大于30cm。对某些框支剪力墙结构，配筋率应不小于0.3％，配筋直径应不小于8mm，间距应不大于20cm，非抗震设计应不小于0.25％。

结语

综上所述，随着我国社会经济的不断发展以及人们生活水平的逐渐提高，人们对生活质量的要求也越来越高。随着城市化进步的不断加快，城市居民的数量也在不断提高，涌现出了很多的高层建筑，人们对高层建筑的质量要求也有所提高。

参考文献

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